[发明专利]一种矿用钻杆自动加接方法

说明书

本发明公开了一种矿用钻杆自动加接方法，主要包括一种自动配准算法、执行装置、机械手爪和辅助装置等。执行装置包括工业机器人、安装法兰、激光轮廓仪。辅助装置包括钻杆夹持器和钻杆安装架等。设定机器人的加接位置为初始状态，此时引入理论虚拟钻杆作为位姿基准。利用激光轮廓仪采集待抓取钻杆点云数据，重构三维表面轮廓，提取其几何特征，采用SAC‑IA+ICP三维点云配准算法，将其几何特征与加接位置处理论虚拟钻杆的几何特征进行匹配，获得钻杆当前位置与加接位置之间的坐标变换矩阵，利用此矩阵，基于机器人逆运动学原理求解机器人各关节运动量，控制机器人抓取当前位置处的钻杆并移动到加接位置处，实现钻杆的自动加接。

技术领域

本发明属于自动化系统技术领域，具体涉及一种对矿用钻杆进行连续抓取安装的方法。

背景技术

随着我国经济社会的快速发展，石油等自然资源的供应需求日益增多，因此高效地开采石油才能可靠保证其正常供给。在石油开采时，矿井的深度长达数千米，而深井钻探用的单根钻杆的长度有限，需将钻杆沿轴向加接在一起以满足钻井深度要求。目前，钻杆的加接主要采用人工方式或者专门的钻杆安装装置辅以人工协助，不能实现钻杆抓取和安装的自动化。钻杆的数量多且重量大，降低了其安装过程的效率且增加了工作强度。另外，人工辅助也会降低石油开采过程的安全系数，增加劳动力成本。因此，钻杆的自动加接在深井钻探中非常关键。

本发明利用配有感知系统的工业机器人以识别钻杆的位姿并对钻杆进行抓取和安装，从而可靠地实现钻杆的自动加接，有效地提高钻杆的安装效率，节约劳动力成本。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种矿用钻杆自动加接方法对蓝绿激光散射特性的计算方法，采用配有感知系统的工业机器人实现钻杆的自动化加接，以取代钻杆加接时的人工作业。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿用钻杆自动加接方法，其具体步骤如下：

步骤1：首先在加工位置安装固定工业机器人、钻杆安装箱、钻杆安装架、激光轮廓仪；所述钻杆安装架上设置有钻杆夹持器、钻机；所述钻杆安装箱位于钻杆安装架的旁边；

步骤2：利用激光轮廓仪扫描待抓取钻杆，获取钻杆三维表面轮廓数据，以点云数据P＝{P_i|(x_i,y_i,z_i),i∈Z}描述钻杆三维表面轮廓和坐标位姿；其中χi、уi、zi为钻杆三维数据点坐标值；

步骤3：设定工业机器人处于加接位置为初始状态，提取引入的理论虚拟钻杆对应的点云数据Q＝{Q_i|(x_i,y_i,z_i),i∈Z}描述理论虚拟钻杆三维表面轮廓和坐标位姿；

步骤4：提取点云数据几何特征并采用SAC-IA+ICP三维点云配准算法，计算出待抓取钻杆相对于理论虚拟钻杆的坐标变换矩阵，即坐标系∑F相对于坐标系∑M的坐标变换矩阵即公式(1)：

上式中：

n＝(n_x,n_y,n_z)为∑F的X轴对∑M的三个坐标轴的方向余弦；

o＝(o_x,o_y,o_z)为∑F的Y轴对∑M的三个坐标轴的方向余弦；

a＝(a_x,a_y,a_z)为∑F的Z轴对∑M的三个坐标轴的方向余弦；

p＝(p_x,p_y,p_z)为∑F的原点在∑M中的坐标；

为∑F相对于∑M的旋转矩阵；